Прогноз и повышение надежности работы систем местной вытяжной вентиляции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.03, кандидат технических наук Галкина, Наталья Ивановна

• Галкина, Наталья Ивановна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Галкина, Наталья Ивановна

ВВЕДЕНИЕ.

1 Надежность вентиляционных систем, как основной функциональный параметр их работы.

1.1 Вентиляционные системы и их функциональное назначение.

1.2 Параметры качества работы вентиляционных систем.

1.3 Анализ надежности работы технических систем и их элементов.

1.4 Классификация отказов технических систем.

1.5 Основные количественные параметры, описывающие безотказность технических систем.

1.6 Выводы. Цели и задачи исследования.

2 Моделирование надежности вентиляционных систем.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Анализ и описание физической природы отказов вентиляционных систем.

2.3 Математическое описание физического подхода к определению технологической надежности элементов системы вентиляции.

2.4 Принципы расчета безотказности вентиляционной системы в целом.

2.5 Математическое описание физического подхода к определению санитарно-гигиенической надежности систем вентиляции.

J.6 Пути повышения надежности работы систем вентиляции.

2.7 Выводы.

3 Разработка инженерной методики прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем.

3.1. Описание методики (блок-схема).

3.2 Описание программного комплекса «Systemscount».

3.3 Выводы.

4 Апробация методики в производственных условиях.

4.1 Цель и объем промышленной апробации.

4.2 Применение инженерной методики прогноза и расчета надежности работы систем вентиляции при проектировании вентиляционных систем

ФГУП ВНИИ «Градиент».

4.3 Применение инженерной методики прогноза и расчета надежности работы систем вентиляции при экспертной оценке надежности вентиляционных систем Брянского электромеханического завода.

4.4 Использование методики прогноза и оценки надежности работы систем вентиляции в научном и учебном процессе.

4.5 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогноз и повышение надежности работы систем местной вытяжной вентиляции»

Актуальность темы. Развитие промышленности обусловливает возрастающее загрязнение воздушной среды, которое достигло такого уровня, что превратилось в одну из важнейших проблем человечества. Немалую роль в решении задачи снижения загрязнения воздуха играют вентиляционные системы, так как благодаря им возможно снижение выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) в воздух рабочей зоны и приземный слой атмосферы.

Среди многообразия вентиляционных систем особое место занимают системы механической местной вытяжной вентиляции, эффективность которых обусловлена возможностью рациональной организации процессов удаления ЗВ непосредственно в зоне их образования, последующей очистки воздуха и рассеивания остаточного содержания ЗВ в атмосфере.

Обслуживание вентиляционных систем, поддержание их рабочих параметров на заданном уровне сопровождается значительными трудовыми и материальными затратами. Они являются следствием плановых и внеплановых остановок, аварий и последующих ремонтов вентиляционных установок, обусловленных износом оборудования системы и постепенным снижением эффективности их работы. Это влечет за собой нарушение основного производственного процесса, простои энергетического и технологического оборудования, увеличение материальных затрат (издержек) на ремонт и поддержание оборудования в состоянии эксплуатационной готовности. Причиной сложившейся ситуации является недостаточное внимание, уделяемое такому функциональному критерию качества работы вентиляционных систем, как надежность их работы. Несмотря на то, что теория надежности получила широкое распространение в основных отраслях промышленности, в практике проектирования и эксплуатации вентиляционных систем методологию оценки надежности до сих пор не используют.

Одной из причин сложившейся ситуации является то, что математическое описание критериев надежности, базирующееся на статистических методах, неприемлемо в вентиляционной практике, ввиду отсутствия достоверных многолетних массивов статистических данных промышленных и лабораторных испытаний. А накопленный значительный опыт по эксплуатации вентиляционных систем (периодичность чисток систем вентиляции, структура и продолжительность ремонтных циклов, физико-химические процессы, обусловливающие их износ, нормы трудоемкости ремонта и технического обслуживания, нормы простоев оборудования и т.д.) до сих пор в должной степени не обобщен, не систематизирован и не используется при расчетах рабочих параметров систем.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ РГСУ по теме «Разработка методологических основ создания безопасных и экологически чистых систем защиты воздуха населенных мест от воздействия антропогенных факторов» Р.Н.01.200.1 151.91.

Целью работы является разработка методологии оценки и повышения надежности работы систем местной вытяжной вентиляции в конкретных производственных условиях.

Идея работы заключается в выделении и использовании физической природы и параметров износа вентиляционных систем для оценки и целенаправленного повышения надежности их работы.

Научная новизна работы:

1 Систематизированы существующие методы определения надежности сложных технических систем применительно к условиям и особенностям эксплуатации систем вентиляции и разработана классификация отказов.

2 Разработана математическая модель прогноза и оценки надежности работы систем местной вытяжной вентиляции, включающая возможность приближенного расчета надежности на основе физической природы отказов, в рамках которой: получены зависимости для расчета величины накопления повреждений до отказа по факторам коррозионного, абразивного, адгезионного изно-сов и нарушения герметичности элементов системы; определены области применения и получено условие для выбора закона распределения вероятности безотказной работы вентиляционных систем по величине накопления повреждений до отказа; предложен подход к определению требуемого уровня надежности работы вентиляционных систем.

3 Разработаны способы повышения надежности работы систем вентиляции в рамках трех основных групп методов: схемного, конструктивного и организационного.

Достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждается: использованием классических положений фундаментальных и прикладных наук (теории вероятности, химии, теории надежности сложных технических систем); согласованностью научных выводов с результатами, представленными в научно-технической литературе по надежности технических систем в различных отраслях промышленности; обеспечением высокой технологической и санитарно-гигиенической надежности работы в заданных производственных условиях при реализации предложенной модели прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем.

Практическая значимость работы заключается в разработке: инженерной методики прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем; программного комплекса «Systemscount», для автоматизации расчетов по предложенной методике в операционной системе «Windows 98/2000».

Реализация работы. Результаты диссертационных исследований использованы: при проектировании системы вентиляции шлифовального участка инструментального цеха ФГУП «ВНИИ «Градиент» г. Ростова - на - Дону; при разработке рекомендаций по повышению надежности систем вентиляции деревообрабатывающего участка Брянского электромеханического завода г. Брянска; в научных исследованиях и учебном процессе кафедры «Инженерная защита окружающей среды», РГСУ и ФГУП «ВНИИ «Градиент».

На защиту выносятся следующие основные положения: математическая модель прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем позволяет осуществить точный расчет надежности по данным промышленных испытаний на отказ, а также приближенный расчет надежности по данным анализа физической природы возникновения отказов; зависимости для расчета величины накопления повреждений до отказа охватывают основной перечень факторов износов элементов вентиляционных систем (коррозионный, абразивный, адгезионный износы и нарушение герметичности) и позволяют осуществить выбор закона распределения вероятности безотказной работы; способы повышения надежности работы систем вентиляции включают мероприятия трех основных групп методов: схемного, конструктивного и организационного; требуемый уровень надежности работы вентиляционных систем не должен быть ниже надежности работы основного технологического оборудования, обслуживаемого этими системами; инженерная методика прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем позволяет производить точную и приближенную оценку технологической и санитарно-гигиенической надежности их работы в конкретных производственных условиях при различных объемах проводимых расчетов; программный комплекс «Systemscount» позволяет автоматизировать расчеты технологической и санитарно-гигиенической надежности работы систем вентиляции.

Заключение диссертации по теме «Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение», Галкина, Наталья Ивановна

4.5 Выводы

1 Результаты промышленной апробации методики прогноза и оценки надежности работы систем вентиляции, предусматривавшие проведение производственных испытаний и анализ полученных результатов, подтвердили правильность положенных в ее основу модели.

2 Представленные примеры практического применения методики и реализующего ее программного комплекса «Systemscount» свидетельствуют о возможности их использования: на стадиях проектирования и реконструкции систем вентиляции; на предприятиях различных отраслей промышленности, в научных исследованиях и учебном процессе; при работе с различным объемом данных.

3 В результате в каждом из рассмотренных случаев обеспечено принятие технических решений систем вентиляции, наилучших по эффективности и надежности в конкретных производственных условиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе представлено решение задачи прогноза и повышения надежности работы систем вентиляции, имеющей существенное значение в области вентиляционной техники. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1 Систематизированы существующие методы определения надежности сложных технических систем применительно к условиям и особенностям эксплуатации систем вентиляции и разработана классификация отказов.

2 Разработана математическая модель прогноза и повышения надежности работы, систем местной вытяжной вентиляции, включающая возможность приближенного расчета надежности на основе физической природы отказов, в рамках которой: получены зависимости для расчета величины накопления повреждений до отказа по факторам коррозионного, абразивного и адгезионного износов элементов системы; определены области применения, получено условие для выбора закона распределения времени безотказной работы; предложен подход к определению требуемой надежности работы вентиляционных систем.

3 Сформулирована и аналитически решена задача повышения надежности работы систем вентиляции, включающая: разработку инженерной методики прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем; разработку программного комплекса «Systemscount», предназначенного для работы под управлением операционных систем семейства Windows (Windows 95/98/2000/NT4.0).

4 Разработаны способы повышения надежности работы систем вентиляции в рамках трех основных групп методов (схемный, конструктивный и организационный).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Галкина, Наталья Ивановна, 2004 год

1. Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции. М.: Профиздат, 1985.-608 с.

2. Беляев Ю.К. Статистические методы обработки результатов испытаний на надежность. М.: Знание, 1981. - 328 с.

3. Венецкий И.Г., Кильдишев Г.С. Основы математической статистики. М.: Госстатиздат, 1983. 308 с.

4. Вентиляция и кондиционирование воздуха: Сб. науч. тр. / Рижский политехнический ин-т им. А .Я. Пельше. Рига: РПИ, 1988. - 182 с.

5. Вентиляция и очистка воздуха. Сб. ст. Отв. ред. B.C. Ващенко. М.: Недра, 1987.-219 с.

6. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности: Учебное пособие для студентов вузов/ Е.А. Щтокман, В.А. Шилов, Е.Е. Новгородский и др./ Под ред. Е.А. Штокма-на. М.: Ростов н/Д: АСВ, Новая книга, 1997. - 688 с.

7. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности: Учебное пособие / Е.А. Штокман, В.А. Шилов, Е.Е. Новгородский и др. М.: АСВ, 2001. - 688 с. //http ://www. avisanco .ru/indexliteducational .htm.

8. Вентцель E.C. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. 7-е изд. стер. -М.: Высш. шк., 2001. - 575 с.

9. Войнов К.Н. Опыт оценки надежности механических систем. J1.: ЛДНТП, 1985.-37 с.

10. Войнов К.Н. Прогнозирование надежности механических систем. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. - 208 с.

11. Волков Д. В., Николаев С. Н. Надёжность строительных машин и оборудования: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Высш. шк., 1979. -400 с.

12. Вопросы надежности гидравлических систем: Сб. Киев: Ин-т гражданской авиации. Вып.Ш. 1996. - 180 с.

13. Герцбах И. Б., Кордонский X. Б. Модели отказов. М.: Сов. радио, 1966. -234 с.

14. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1982. - 702 с.

15. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М: Наука, 1985. - 524 с.

16. Голинкевич Т. А. Оценка надёжности радиоэлектронной аппаратуры. -М.: Сов. радио, 1996. 176 с.

17. Гольберг О.Д. Качество и надежность асинхронных двигателей. М.: Энергия, 1988.- 176 с.

18. ГОСТ 4.125-84. Оборудование газоочистное, пылеулавливающее. Номенклатура основных показателей.

19. ГОСТ 12.1.005-88 ССТБ. Общие санитарно гигиенические требования физико-химических свойств промышленных пылей.

20. ГОСТ 12.3.0123-79. Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний.

21. ГОСТ 27.89.Надежность в технике. Термины.

22. Дмитрюк Г.Н., Пясик И.Б. Надежность механических систем. М.: Машиностроение, 1966. - 184 с.

23. Дружинин Г.В., Воронова О.В. О применении физического моделирования для исследования надежности/ Изв. АН СССР. Сер. Энергетика и транспорт, 1986. № 5. - с. 174 - 176.

24. Дружинин Г.В. Методы оценки и прогнозирования качества. М.: Радио и связь, 1982.- 160 с.

25. Дружинин Г.В. Процессы технического обслуживания автоматизированных систем. М.: Энергия,1987. - 536 с.

26. Дунин-Барковский И.В., Смирнов Н.В. Теория вероятностей и математическая статистика в технике. М.: Изд-во технико-технической литературы, 1995. - 394 с.

27. Единая система планово-предупредительного ремонта и рациональной эксплуатации технологического оборудования машиностроительных предприятий. М.: Машиностроение, 1987. - 592 с.

28. Журавлёв В. П. Выбор инженерных решений по охране воздуха рабочей зоны и приземного слоя атмосферы: Учебное пособие/ В.П. Журавлев, Н. А. Страхова, Л. Ю. Овчинникова и др. Ростов н/Д: Ростовский государственный строительный ун-т, 1997. 131 с.

29. Закон РФ от 20 декабря 2001 года «Об охране окружающей среды».

30. Защита от коррозии, старения и биоповреждения машин, оборудования и сооружений: Справочник: В 2 т./ Под ред. А.А. Герасименко. М.: Машиностроение, 1987. - Т 1. - 688 с.

31. Итоги науки и техники. Коррозия и защита от коррозии. / Науч. ред. Я.М. Колотыркина М.: ВИНИТИ, 1985. - Т 2. - 208 с.

32. Калабро С.Р. Принципы и практические вопросы надежности. М.: Машиностроение, 1986. - 376 с.

33. Калявин В.П. Надежность и диагностика. СПб.: Элмор, 1998. - 230 с.

34. Капур К., Ламберсон Л. Надёжность и проектирование систем/ Под. ред. И.А. Ушакова; Пер. с англ. М.: Мир, 1980. - 604 с.

35. Карагодин Ю.Н. Выбор вентиляторов и воздухонагревателей при проектировании систем вентиляции. Ростов н/Д: РГАС, 1993. - 148 с.

36. Кеше Г. Коррозия металлов: Физико-химические принципы и актуальные проблемы/ Пер. с нем. К.Н. Лившиц/ Под ред. Я.М. Колотыркина, В.В. Лосева. М.: Металлургия, 1984. - 400 с.

37. Кондиционирование воздуха и вентиляция: Учеб. для вузов/ Богословский В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В./ Под ред. В.Н. Богословского. -М.: Стройиздат, 1985. 367 с. //http://www.avisanco.ru/ indexliteducational .htm.

38. Корн Г., Корн Т.: Справочник по математике для научных работников и инженеров. -М.: Наука, 1984. 832 с.

39. Коузов П. А. ,Скрябина Л. Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. Л.: Химия, 1983. - 143 с.

40. Кубарев А. И. Надежность в машиностроении: 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 224 с.

41. Куликов В.А. Обеспечение надежности сложной радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1986. - 528 с.

42. Кучеров В.В., Хазанов И.С. Эксплуатация и ремонт вентиляционных установок машиностроительных заводов. М.: Машгиз, 1981. - 318 с.

43. Ларин JI.B., Спицина И.О., Аникеева Ф.Л. Исследование механизма изнашивания колес// Вестник ВНИИЖТ. 1983. - № 8. - с. 38-42.

44. Ллойд Д., Липов М. Надежность/ Пер. с англ. И.Г. Горелик/ Под ред. Н.П. Бусленко. М.: Сов. радио, 1976. - 418 с.

45. Лобань А.И. Надежность и долговечность машин: Аннотированный библиографический указ. за 1975-1981 гг./ Сост. А.И. Лобань. Киев: Техника, 1982. - 33 с.

46. Максимов Г.А., Дерюгин В.В. Движение воздуха при работе систем вентиляции и отопления. Л.: Стройиздат. Ленингр-е отд-ние, 1982. - 326 с.

47. Маликов И.М. Основы теории и расчета надежности. М.: Судпромгиз, 1980.-432 с.

48. Мартынов Г.К., Печенкин А.Н. Надежность технологических процессов: Обзоры по электронной технике. Сер. 8, Управление качеством, метрология, стандартизация, 1989. Вып. 3. 88 с.

49. Меклер А.В., Овчинников И.В., Агафонов Н.П. Вентиляция и кондиционирование воздуха на машиностроительных заводах. М.: Машиностроение, 1980. - 287 с.

50. Меламедов И.М. Физические основы надёжности. Л.: Энергия, 1970. -356 с.

51. Методика выбора номенклатуры нормируемых показателей надежности технических устройств. М.: МУЗ - 69, 1983. - 39 с.

52. Михайлов А.В. Эксплуатационные допуски и надежность радиоэлектронной аппаратуры. -М.: Сов. радио, 1985. 216 с.

53. Михайловский Ю.Н. Атмосферная коррозия металлов и методы их защиты/ Под ред. Я.М. Колотыркина. М.: Металлургия, 1989. - 102 с.

54. Надежность в машиностроении: Справочник / Под ред. В.В. Шашки на, Г.П. Карзова. СПб.: Политехника, 1992. - 718 с.

55. Надежность и диагностирование технологического оборудования: Сб. ст./ АН СССР; Ин-т машиноведения им. А.А. Благонравова; Отв. ред.: К.В. Фролов, Е.Г. Нахапетян. М.: Наука, 1987. - 230 с.

56. Надежность и долговечность технических систем/ Е.С. Переверзев. М.: Высш. шк., 1993. - 312 c.//http://itm.dp.ua/RUS/Departm/10.html.

57. Надежность и качество изделий/ Всесоюзное о-во «Знание», Политехнический музей и др. М.: Знание, 1988. - 21 с.

58. Надежность и эксплуатация сложных систем: Сб. науч. тр. / Ленинградский ин-т авиационного приборостроения/ Науч. ред. К.Л. Бравый. Л.: ЛИАП, 1985.- 159 с.

59. Надежность и эффективность в технике: Справочник: В 10 т. Т. 10. Справочные данные по условиям эксплуатации и характеристикам надёжности/ Под ред. В.А. Кузнецова. - М.: Машиностроение, 1990. -336 с.

60. Надежность и эффективность станочных и инструментальных систем: Сб. науч. тр./ Донской гос. технический ун-т; Отв. ред. А.А. Рыжкин. -Ростов н/Д, 1998. 1889 с.

61. Надежность машин: Межвузовский сб./ Ростовский инженерно строит, ин-т; Отв. ред. Д.М. Беленький - Ростов н/Д: РИСИ, 1992. - 20 с.

62. Надёжность технических систем: Справочник / Ю. К. Беляев, В. А. Богатырёв, В. В. Болотин и др.; Под ред. И. Д. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985.-608 с.

63. Нечипоренко В.И. Структурный анализ и методы построения надежности систем. М.: Машиностроение, 1988. - 358 с.75